超声无损检测报告

1、超声无损检测理论方法及硬件电路设计报告人：宋 贺时 间：2015.01.28Company Logo 目目 录录 1.超声无损检测相关理论 2.脉冲反射法 3.衍射时差法（TOFD） 4.超声相控阵 5.硬件电路设计1. 超声无损检测相关理论什么是超声波和超声无损检测 超声无损检测，就是通过超声波与试件相互作用，对探头 接收到的回波进行研究，从而对被测工件内部做出无损评 价。 超声波，是值频率在20000Hz以上的声波1. 超声无损检测相关理论超声无损检测的基本原理超声波在试件中的传播特性声源产生超声波，采用一定的方式使超声波进入试件超声波在试件中传播遇到缺陷，传播方向或特征被改变改变后的超声

2、波被接收设备接受，对其进行处理和分析根据接收的超声波的特征，评估试件内部是否存在缺陷 及缺陷的特性1. 超声无损检测相关理论如何发射与接收超声波超声波换能器 超声波换能器，是一种声能与其他能量相互转换的器件 在这里用到的是声/电转换，原理是压电效应 高压脉冲信号激发产生超声波发射实现 返回的超声波打在器件上激发产生电信号接受实现2. 脉冲反射法工作原理 工件内部缺陷导致材质的不连续，进而导致声阻抗的不一致 导致工缺陷处产生一个两侧声阻抗特性不同的接触面 超声波传播到此处，一部分会被反射回去，另一部分继续向 前传播 反射回来的超声波的能量大小与接触面两侧声阻抗差异及接 触面的大小、取向有关，即与

3、缺陷的状况有关2. 脉冲反射法工作原理图3. TOFD什么是TOFD？衍射时差法 (TOFD)是一种依靠从待检试件内部结构（主要是指缺陷）的“端角” 和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法。3. TOFDTOFD的工作原理与常规的超声技术不同，TOFD法不用脉冲回波幅度对缺陷大小做定量测定，而是靠脉冲传播时间来定量。 TOFD的常见配置发射探头接收探头横向波上端点下端点内壁反射信号A扫信号发射探头接收探头横向波横向波LW上端点上端点下端点下端点内壁反射波内壁反射波BW发射探头接收探头SSdLWBWt0t0始脉冲t传播时间传播时间发射探头接收探头SSdt0t002222tcdSt缺陷深度发射

4、探头接收探头SSdt0t0220222Sttcd缺陷自身高度发射探头接收探头2Sd112ddhd2由于计算自身高度只需要测量时间由于计算自身高度只需要测量时间, 所以垂直方向定量会很准确。所以垂直方向定量会很准确。3. TOFD两种常见的特殊缺陷 向外表面延伸的缺陷向内表面延伸的缺陷向外表面延伸的裂纹发射探头接收探头裂纹尖端裂纹尖端内壁反射波内壁反射波BW横向波被隔开了横向波被隔开了没有横向波没有横向波向内表面延伸的裂纹发射探头接收探头横向波横向波LW尖端信号尖端信号内壁反射信号被隔开了内壁反射信号被隔开了没有内壁没有内壁反射波反射波3. TOFDTOFD方法的优点 缺陷检出率比脉冲反射法要高

5、容易检出方向性不好的缺陷可以识别向内外表面延伸的缺陷采用TOFDTOFD和脉冲反射法相结合，可以实现100%100% 焊缝覆盖。沿焊缝作一次扫查即可完成，检测效率高缺陷定量、定位精度高。3. TOFDTOFD的局限性 在上、下表面附近盲区对“噪声”敏感夸大了一些良性的缺陷和工件本身设计带有 的孔、洞等解释比较困难，需要一定经验支持4. 超声相控阵什么是相控阵？ 超声相控阵成像技术的基本思想来自于雷达所使 用的相控阵技术。相控阵雷达是由多个辐射单元 按照一定图形排成阵列组成。控制系统通过改变 阵列天线中各单元的幅度和相位，在一定空间范 围内合成灵活快速的相控雷达波束。4. 超声相控阵什么是相控阵

6、？ 而超声相控阵探头则由多个压电晶片代替雷达 的电磁发射单元组成阵列，按一定的时序和规 则用控制系统激发各个阵元，来调节声束聚焦 的方向和焦点的位置。4. 超声相控阵 4. 超声相控阵超声相控阵检测的优点 可以控制声束偏转和聚焦，波束指向灵活，可以检 测到传统方法无法检测的区域 不需要设计复杂的扫查装置，也不需要频繁更换探 头，机构简单，操作方便 较低驱动电压下也能得到声场强度较大的扫描信号 提高系统的检测分辨力，信噪比和灵敏度 抗干扰能力增强4. 超声相控阵超声相控阵发射聚焦和发射偏转技术 u 理论基础波的叠加和干涉4. 超声相控阵超声相控阵发射聚焦和发射偏转技术 u 相控阵发射发射相控偏转

7、与聚焦4. 超声相控阵超声相控阵发射聚焦和发射偏转技术 u 相控阵接收接受声束相控技术4. 超声相控阵扫查方式 u 聚焦法则在发射相控控制中，通过给予阵列探头中的阵 元不同的时延，可以得到不同形式的波阵面。反之如果给定一种声束聚焦方式，则可以确定 各个阵元的时延，这种时延规则被称为聚焦法 则4. 超声相控阵扫查方式 u 聚焦法则由相控发射偏转与聚焦图可知：4. 超声相控阵扫查方式 u 常用的三种相控阵扫查方式线性扫查：将相邻的若干阵元视为一组，按 照一定的时间间隔对各组阵元施加相同的聚 焦法则。合成声束将以恒定角度和聚焦深度 沿阵元延伸的方向进行扫查。4. 超声相控阵扫查方式 u 常用的三种相

8、控阵扫查方式扇形扫查：使用同一组阵元，采用不同的聚焦法则， 以实现超声束在一个扇形区域内的扫描。4. 超声相控阵扫查方式 u 常用的三种相控阵扫查方式动态聚焦：采用同一组阵元，发射时使合成声束聚焦 在某一个焦点上；在超声接收时通过实时地改变聚焦 法则，使接收声束在声束轴线上的不同深度进行聚焦， 聚焦点覆盖整个深度。4. 超声相控阵超声相控阵发射聚焦延时计算 发射延时计算坐标系P点的坐标为：P点到F相对于阵列中心点的时延为 结果为负表示第i个阵元相对于阵列中心点提前发射，反之则延迟发射。5. 硬件电路设计硬件电路结构 u探头：产生超声波的器件u发射前端：由FPGAFPGA控制产生高压脉冲信号，使